一種壓阻水位計的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水位計，屬于水利、水文和工程監測技術領域。
【背景技術】
[0002]水位測量計有多種形式，以安裝形式來分，有非浸入式和浸入式。非浸入式有超聲波、雷達等，浸入式的有干簧管、浮球式、壓阻式等。按照測量原理來劃分，水位計有浮子式、壓力式、氣泡式、電容式、超聲波及激光測距水位計等。壓阻式水位計的型號很多，是壓力式水位計的一種。壓阻式水位計一般由四部分組成:壓阻傳感器件、信號處理電路、不銹鋼殼體及電纜。不同壓阻水位計最大的區別在于壓阻傳感器件、信號處理電路、數據處理方法及通信協議。信號處理電路包括激勵源，放大器，A/D轉換電路。通訊電路包括微處理器MCU，通信接口電路等。選用不同的器件，水位計的性能指標也不同，包括精度，功耗，成本，電路復雜程度等。
[0003]壓阻傳感器一般有電流型和電壓型，水位計采用電流型壓阻傳感器，隨著壓力變化，輸出電阻也跟著變化，通過恒流源電流的作用，輸出變化的電壓信號，信號電壓放大器放大，模擬/數字(A/D)轉換器轉換得到數字量，微處理器MCU處理，線性化等，通過RS485接口，M0DBUS協議經電纜將壓力數據或水位數據發送至數據采集裝置。
[0004]目前，文獻上報道的壓阻式水位計有電流輸出型，也有RS485接口。電流輸出型只能輸出4?20mA直流電流，接收裝置還須將電流轉換成電壓，數據采集裝置通過A/D轉換裝置獲取壓力值，再通過計算求得水位高度。這種壓阻水位計需要配置特殊的數據采集裝置，一般的RS485接口的壓阻水位計使用特殊的通訊協議，通用的MCU，因此導致水位計整體功耗大，其應用便具有一定的局限性，例如在偏遠地帶等不適宜隨時補充能源的地方。另夕卜，由于一般的壓阻水位計沒有測溫功能，即使有測溫功能也是用專用的測溫器件來實現，成本較高。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種低功耗、低成本的壓阻水位計，其發明原理為采用通用的Modbus通用協議、低功耗MCU、高精密16位A/D轉換電路，并利用MCU本身的測溫功能，不需另加測溫元件，降低生產成本。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0007]一種壓阻水位計，包括外殼、上密封端、下密封端、上隔離套及重錘，上密封端設于上隔離套之上，并通過外殼與下密封端連接，重錘嵌套在下密封端之上，在重錘的重力作用下，保證壓阻水位計垂直懸置與液體中；外殼內部設有電路板和壓阻敏感器件，壓阻敏感器件和外殼之間密封耐壓；下密封端設有通水孔，水從孔進入，作用于壓阻敏感器件；重錘設有進水孔；上密封端與通訊電纜之間密封并耐壓，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數據采集器。
[0008]進一步，上密封端與通訊電纜之間密封，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數據采集器；上密封端/下密封端與殼體之間密封；壓阻敏感器件之間用0形圈密封，以防止水浸入殼體內部。
[0009]進一步，上述電路板主要分成兩部分，一是微處理器MCU模塊、A/D轉換模塊、通訊模塊，另一部分是信號處理，包括恒流源模塊、儀器放大器模塊。作為本實用新型的優選方案，MCU模塊采用低功耗MCU C8051F300，自帶測溫功能，能夠實現對水溫的精確測量；A/D轉換模塊采用低功耗16位A/D轉換器ADS1100 ;通訊模塊采用低功耗RS485通訊器件MAX3471 ;壓力傳感器采用Honeywell不銹鋼隔離壓力傳感器，使用電流驅動，由恒壓源REF195ES和運算放大器LM358做成恒流源。壓力傳感器的輸出信號通過單電源儀器放大器AD623信號放大。
[0010]通過采用上述技術方案，本實用新型能夠取得如下的技術效果:
[0011]本實用新型提供的壓阻水位計將壓力傳感器、信號處理電路板封裝在不銹鋼金屬殼體內，殼體完全密封，耐壓，耐腐蝕，解決了一般水位計結構復雜，不易安裝的問題；
[0012]采用高性能、低功耗、高穩定性的MCU電路設計；
[0013]由恒流源、信號放大、模擬數字16位高精密A/D轉換器構成信號處理回路，占用較小的空間，既便于在狹窄的空間安裝，又具有很高的轉換精度；
[0014]采用多次擬合特殊的線性化數據處理方法，測量電路電源采用功率可控電路，只在收到測量命令時，才給測量電路電源，測量結束關斷電源，系統處于休眠狀態，解決了一般壓阻水位計功耗大，精度低的問題，使得本實用新型能夠適合多種使用場合，特別是野外電力不易到達、采用電池供電的場合，保證設備有較長的工作時間。
[0015]使用RS485接口輸出，M0DBUS協議，解決了水位計通訊接口復雜的問題；
[0016]水位計具有測溫功能，利用MCU本身的測溫功能，可測量水下溫度，解決了水位計測溫需要專用測溫器件、信號處理電路板布局復雜的問題。
[0017]本實用新型采用通用的數據采集器就可方便地獲取水位計算值，整體通用性好，功耗低，測量精度高、耐腐蝕、儀器穩定性好、結構簡單、成本低廉的特點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型主體結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的重錘結構示意圖。
[0020]圖3是本實用新型的電路板結構示意圖。
[0021]圖4是本實用新型各功能模塊工作原理示意圖。
[0022]圖5是本實用新型內部電路示意圖。
[0023]圖6是本實用新型內部電路示意圖。
[0024]圖中標記代表:1.上密封端；2.上隔離套；3.外殼；4.下密封端；5.重錘。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0026]本實施例的主體結構如圖1、圖2所示，該壓阻水位計由一個外殼3、上密封端1、下密封端4、上隔離套2及重錘5組成；重錘5嵌套在下密封端4之上。通訊電纜從上密封端1接出，通向數據采集器。外殼3內部放置電路板和壓阻敏感器件。敏感器件和外殼3之間密封耐壓。下密封端4有通水小孔，水從小孔進入，作用于壓阻敏感器件。重錘5套接在下密封端4外層，同樣重錘上有進水小孔，同時在重錘的重力作用下，保證壓阻水位計垂直懸置。上密封端1與通訊電纜之間密封并耐壓。
[0027]水位計測量出水位的高度，是指水位計安裝位置到水面的距離。當水位計安裝固定后，水面高度的變化，會引起水下水位計壓力敏感器件的壓力變化，通過測量壓力的變化，考慮當地的重力加速度，水密度等可計算水位的變化。
[0028]根據壓力與水深的關系，P = P gh, h = P/ p g.
[0029]其中P:壓強，h:水深，P :水密度，g:重力加速度
[0030]h = P/ P g,把水位計所在位置的高度定義為H，則水面高度Mh = H+h。
[0031]圖3為內部PCB板不意圖。電路主要分成兩部分，一是微處理器MCU、A/D轉換器、通信電路，另一部分是信號處理，包括恒流源，信號放大。采用低功耗MCU C8051F300，低功耗16位A/D轉換器ADS1100，低功耗RS485通訊器件MAX3471，壓力傳感器采用Honeywell不銹鋼隔離壓力傳感器，使用電流驅動，由恒壓源REF195ES和運算放大器LM358做成恒流源。壓力傳感器的輸出信號通過單電源儀器放大器AD623信號放大。
[0032]本實施例各功能模塊工作原理如圖4所示，由MCU模塊、通訊模塊、恒流源模塊、傳感器模塊、儀器放大器模塊和A/D轉換模塊組成。MCU負責與上位機的通訊和A/D采集控制。恒流源驅動壓阻傳感器，使得在外在壓力變化時，輸出變化的電壓信號，電壓信號幅度較小，需儀器放大器將信號放大，才能滿足A/D轉換電路的要求。
[0033]本實施例內部電路如圖5、圖6所示，圖5示出了本實施例的電源電路、MCU、RS485通訊和測量電路電源控制電路，圖6示出了本實施例的恒流源、壓阻傳感器、儀器放大器和A/D轉換電路。
[0034]本實用新型不限于上述實施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術方案均屬于本實用新型要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種壓阻水位計，其特征在于，包括外殼、上密封端、下密封端、上隔離套及重錘，其中，所述上密封端設于上隔離套之上，并通過外殼與下密封端連接；所述重錘嵌套在下密封端之上；所述外殼內部設有電路板和壓阻敏感器件，所述壓阻敏感器件和外殼之間密封耐壓；所述下密封端設有通水孔，水從孔進入，作用于所述壓阻敏感器件；所述重錘設有進水孔。2.根據權利要求1所述的壓阻水位計，其特征在于:所述上密封端與通訊電纜之間密封，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數據采集器；所述上密封端/下密封端與殼體之間密封；所述壓阻敏感器件之間用0形圈密封，防止水浸入殼體內部。3.根據權利要求1或2所述的壓阻水位計，其特征在于:所述電路板包括微處理器MCU模塊、A/D轉換模塊、傳感器模塊、儀器放大器模塊、通訊模塊、恒流源模塊。4.根據權利要求3所述的壓阻水位計，其特征在于:所述MCU模塊采用C8051F300微處理器。5.根據權利要求4所述的壓阻水位計，其特征在于:利用C8051F300微處理器的測溫功能，精確測量水下水溫。6.根據權利要求3所述的壓阻水位計，其特征在于:所述A/D轉換模塊采用低功耗ADSllOOAOo7.根據權利要求3所述的壓阻水位計，其特征在于:所述通訊模塊采用低功耗RS485通訊芯片MAX3471EUA。
【專利摘要】本實用新型公開了一種壓阻水位計，以克服現有技術中水位計功耗大、精度低、成本高的缺陷。本壓阻水位計采用高性能、低功耗、高穩定性的MCU電路設計；由恒流源、信號放大、模擬數字16位高精密A/D轉換器構成信號處理回路，占用較小的空間，既便于在狹窄的空間安裝，又具有很高的轉換精度；采用多次擬合特殊的線性化數據處理方法，測量電路電源采用功率可控電路，只在收到測量命令時，才給測量電路電源，測量結束關斷電源，系統處于休眠狀態，解決了一般壓阻水位計功耗大，精度低的問題，使得本實用新型能夠適合多種使用場合，特別是野外電力不易到達、采用電池供電的場合，保證設備有較長的工作時間。
【IPC分類】G01F23/24
【公開號】CN205049204
【申請號】CN201520432996
【發明人】湯祥林, 熊光亞, 劉艷平, 鄒君
【申請人】南京南瑞集團公司, 國網電力科學研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年6月23日